苏明昕，苏　波，田志浩

（国网宁夏电力公司调度控制中心 宁夏银川　750001）

我国风电产业在经历了近年来的高速发展后，已进入了稳步增长阶段，但是弃风问题对风电产业发展的制约也越来越明显［1-2］。以我国三北地区为例，该地区是我国风资源最为丰富的地区，但据负荷中心较远且本地消纳能力有限，所以三北地区也是我国弃风率最高的地区。三北地区都属于我国的北方地区，在冬季供暖期热电联产机组为满足热负荷需求将具有较高的强迫出力使得系统调节能力进一步下降，所以弃风问题在冬季供暖期尤为突出，部分地区在该时期内的弃风率高达20%以上。弃风率较高不仅会直接造成经济上的损失，且浪费了大量的清洁能源。

在提升新能源消纳能力的各种现有可行方案中，配置储热装置的方案由于具有技术的成熟度较高，相对于其他方案来说经济性更好，适宜大规模推广，具有良好的应用前景，其中包含大容量储热的风电供热装置一方面可以增加本地消纳能力，减小外送压力；另一方面可以从负荷侧增强系统的调节能力，从而增加系统的风电消纳能力，可大幅减小系统限电弃风。

由于风资源本身所具有的间歇性和不稳定性，风电出力与稳定的供暖需求之间不能完全匹配，需要加入储热装置以实现风电的生产和消纳之间更好的匹配［3］。通过配置的储热装置在风电出力大的时段将多余的能量存储起来，在风电出力小的时段释放能量保证供暖需求，因此需要在方案实施的规划阶段对所需的储热容量大小的确定方法进行深入的研究；且风电清洁供暖应该尽量只利用弃风电量，否则从能源利用的角度来看并不一定是最经济，而且在进行风电清洁供暖规划时还要确定合适的供暖面积，尽量只利用弃风电量。本文针对以上问题提出了一种如何根据某一区域的实际风资源数据、风电出力数据、热负荷需求数据评价该地区施行风电清洁供暖方案是否具有可行性的方法，并定量计算可供暖面积以及所需要配置的储热装置的容量大小。

1　风电供暖的区域规划方案

本文所提出的风电区域供暖的规划方案包括以下五个部分：

（1）获取待规划地区年时间尺度风电出力极限曲线和风电实际出力曲线，计算该地区数据年内总弃风电量；

（2）根据待规划地区弃风总量，评估该地区实施风电清洁供暖方案的可行性；

（3）根据该地区在供热期内弃风总量计算风电清洁供暖方案的可供热面积；

（4）对典型日风电出力曲线和典型日热负荷曲线进行标幺化，计算两者的延时相关系数；

（5）根据延时相关系数计算结果确定储热容量配置大小。

该方案综合考虑了待规划地区风力资源特性、电力负荷特性以及热力负荷特性，并通过典型日风电出力曲线和典型日热负荷曲线延时相关系数的计算来确定系统中应该配置的储热容量的大小。

1.1　待规划地区数据年内总弃风电量的计算［4］

为计算待规划区域一个供暖期内的弃风总量，首先需要获取待规划区域一个供暖期内的风功率预测曲线（风电出力极限）和风电实际出力曲线PW(t),t=1,2,…,N，N为风功率预测曲线和风电实际出力曲线的采样点总数。两条曲线的采样步长Δt应相同，则在同一时间尺度下采样点的总数N相等。根据所获取的风功率预测曲线（风电出力极限）和风电实际出力曲线PW(t)计算供暖期内该区域弃风电量：

一年内该区域的弃风电量WcurtailW的计算方法为

上述计算过程中，年时间尺度的风功率预测曲线指的是该区域内一年内总的风电预测出力，也就是该区域内所有风场出力极限的总和，而风电实际出力曲线指的是同一区域、同一时段内所有风场的实际出力总和。

1.2　风电清洁供暖实施可行性评估

根据计算所得到的供暖期内待规划区域内的总弃风电量，对风电清洁供暖在该区域实施的可行性进行评估。当弃风总量大于限值即：时认为在该区域实施风电清洁供暖具有技术经济的可行性。

1.3　风电清洁供暖可供暖面积的计算

上述步骤中，供暖热负荷指标和供暖期天数由该区域供暖设计标准确定。

1.4　风资源与热负荷相关系数及延时相关系数的计算

式中：tdelay—热负荷需求延时的小时数。

上述步骤中，相关系数是用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指标，延时相关系数则反映的是在加入了一定的延时之后，两个变量的关系密切程度。

1.5　待规划区域储热容量的计算

根据延时相关系数的结果计算所需的储热容量［8-9］。取为使风电出力曲线与热负荷曲线的延时相关系数取得最大值rmax时的tdelay，即：

合适的储热容量将使风资源与热负荷更好地匹配，从而提高风电清洁供暖方案的经济可行性。

2　可行性验证

宁夏回族自治区地处我国西北，该区一年四季风能资源丰富，年平均有效风能密度在131～241 W/m2。宁夏地区2013年的风电装机容量达到了3.02 GW。

为计算全年弃风电量，获取宁夏地区2013年逐日风电实际出力曲线如图1所示。

图1　宁夏地区2013年逐日风电出力曲线

可以看出，由于风电资源自身所具有的波动性和随意性，风电实际出力的波动范围较大。再根据同一时段内宁夏地区的风电出力极限数据，可以计算出，2013年宁夏地区的实际弃风电量为39 GW·h时。

根据宁夏地区近年来的气象数据和供暖需求数据，得出该地区在风电弃风率达到0.2 TW·h时，在该地区实施风电清洁供暖方案，具有经济上的可行性。根据对宁夏地区弃风总量的计算可得认为该地区具有施行风电清洁供暖的可行性。

由宁夏地区实际供暖要求及热负荷历史数据，综合选取该地区单位面积供暖热负荷指标q=46.94 W/m2，宁夏地区供热期为11月1日至次年4月中旬，则认为供热期长度约为M=168(d)。由此计算可得2013年度宁夏地区弃风情节供暖方案实施后，理想状态下，如果可使全额弃风参与清洁供暖，则可供热的面积约为

经标幺化处理后的宁夏地区2013年典型日的风资源日特性和热负荷日特性如图2所示。

图2　2012年宁夏地区风电出力日曲线及供热负荷日曲线

通过对标幺化处理后风资源日特性曲线和热负荷日特性曲线的分析可以得出结论：宁夏地区风资源波动规律与热负荷波动规律有明显的差异，风资源富集时段与夜间热负荷需求高峰不吻合。

为进一步定量分析宁夏地区风电出力日特性与热负荷日特性之间的差异性和相似性，计算两者的延时相关系数，结果如图3所示.

图3　2013年12月宁夏地区风电出力日曲线与供热负荷日曲线延时相关系数

在没有储热装置加入，即热负荷与风资源特性曲线之间的延时为零的时候可以看到，两者呈现一定程度的负相关性。而在延时为10 h时两者的相关系数达到最大值，=10 h。

根据所获取宁夏地区2013年热负荷需求数据知，在供热面积达到2.06×106m2时，供热负荷约为=133.9 MW。则可知相应的储热装置容量配置应达到：

即认为如果在宁夏地区实施风电清洁供暖方案，则需要配置月1339 MW⋅h的储热装置，以实现风资源和热负荷更好的匹配，使风电清洁供暖方案的实施能最大程度消纳宁夏地区的弃风电量，并且具有更好的经济效果。

3　结论

本文所提出的风电区域供暖的规划方案能够根据某一区域的实际风资源数据、风电出力数据、热负荷需求数据较为准确评价该地区施行风电清洁供暖方案所具有的可行性，并能够定量计算可供暖面积以及所需要配置的储热装置的容量大小。通过对宁夏地区的实际算例验证了该风电清洁供暖的区域规划方法具有一定的科学性及可行性，为今后实施风电区域供暖提供了有益参考。

参考文献：

［1］ 李俊峰.2013中国风电发展报告[EB/OL].[2013-09].http://m.bjx.com.cn/mnews/20140214/490917.shtml.

［2］ 魏晓霞.我国大规模风电接入电网面临的挑战.中国能源,2010,32(2):19-21.

［3］ 戢伟.基于电力供暖的促进风电消纳建模与仿真研究[D].济南：山东大学，2014.

［4］ 谢国辉，李琼慧，高长征.风电弃风电量的计算方法与模型[J].电网与清洁能源，2013，29（2）：95-100.

［5］ 王荣光.根据环境温度指标计算供暖设计热负荷的研究[J].建筑技术通讯(暖通空调)，1984（2）：36-38.

［6］ 李秀敏,江卫华.相关系数与相关性度量[J].数学的实践与认识,2006,（12）:188-192.

［7］ 张世强,吕杰能,蒋峥,张雷.关于相关系数的探讨[J].数学的实践与认识,2009,19:102-107.

［8］ 吕泉，陈天佑，王海霞，等.含储热的电力系统电热综合调度模型[J].电力自动化设备，2014，34（5）：79-85.

［9］ 白阳，曾庆锋.大规模风电接入后在冬季供热方式下电网的控制方式[J].电力技术，2010（10）：1-7.